天津大学张海华&首都师范大学付红兵最新AM:在Rb-Cs合金准二维钙钛矿中实现低阈值和优异光谱稳定性的可调谐放大自发发射

来源:印刷钙钛矿光电器件发布时间:2025-06-17 09:03:17

蓝绿激光器是下一代光电子器件的关键组件。传统的GaN-InGaN激光器性能优异,但其复杂的制备工艺和精确带隙调控的挑战限制了其应用。杂化铅卤钙钛矿因其可调带隙和低成本溶液加工特性成为有潜力的替代材料,但卤化物迁移会导致光谱不稳定和发光偏移。鉴于此,天津大学张海华和首都师范大学付红兵等人在期刊《Advanced Materials》发文,题为“

Achieving Tunable Amplified Spontaneous Emission in Rb-Cs Alloyed Quasi-2D Perovskites with Low Threshold and Exceptional Spectral Stability ”,本研究报道了一种新型Rb-Cs合金准二维钙钛矿材料,通过精确调控Rb-Cs比例,实现了蓝绿光谱范围(481–532 nm)的放大自发辐射(ASE),并展现出超低阈值(1.94 μJ·cm⁻²,比混合卤化物钙钛矿低50%以上)和卓越的光谱稳定性。此外,基于该材料的微环激光阵列表现出高品质的耳语回廊模式共振和低阈值激光特性,为先进激光技术提供了新思路。

创新点

1. 单卤化物合金化实现波长可调谐 ASE:通过 Rb⁺-Cs⁺ 合金化策略替代传统混合卤素(Cl⁻/Br⁻)体系,在单一溴化物体系中实现蓝绿光 ASE 波长连续可调(481–532 nm),彻底规避卤素迁移导致的光谱不稳定性(图 5d-f)。

2. 量子阱分布优化与能量转移增强:Rb⁺ 掺入调控量子阱相分布,促进中等 n 值量子阱(n=2,3)形成,优化能量漏斗结构(图 2e),加速载流子从低 n 向高 n 量子阱的皮秒级能量转移(图 2b),提升光学增益效率。

3. 创纪录低阈值与 Auger 复合抑制:实现 ASE 阈值低至 1.94 μJ·cm⁻²(比混合卤素体系降低 >50%),归因于 Rb-Cs 合金化显著抑制 Auger 复合(Auger 复合时间常数从 9.97 ps 延长至 45.21 ps)(图 3c),为蓝绿光准二维钙钛矿最低报道值(图 6c)。

未来展望

1. 扩展光谱覆盖范围:探索 Rb-Cs 合金化策略在红光/近红外波段准二维钙钛矿的应用,实现全可见光及近红外可调谐激光输出,填补当前体系波长覆盖空白(>532 nm)。

2. 电泵浦器件开发:基于低阈值 ASE 特性(图 4),设计电泵浦微腔激光结构(如垂直腔面发射激光器),解决当前光泵浦限制,推动钙钛矿激光器实用化进程。

3. 环境稳定性强化:进一步优化封装技术与界面工程,提升 Rb-Cs 合金化器件在高湿度(>60% RH)及连续光/电应力下的长期工作稳定性(图 S14),满足商业化应用需求。


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